(57)【要約】【課題】  観察・計測の安定性と精度向上が図れる引出電極を提供する。【解決手段】  引出電極１は電極部２と絶縁層３からなり、全体として漏斗状をなすとともに先端に試料から蒸発したイオンが通過する穴４が形成されている。電極部２は白金、タングステン等を材料とし、絶縁層３はアルミナなどの誘電率の低い材料を用いてエアロゾルディポジション法にて形成され、絶縁層３は電極部２の先端から若干突出し、この突出量だけ引出電極１の先端と試料表面との間に隙間が形成される。【選択図】        図２
2005353344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先部が漏斗状をなすとともに試料から蒸発したイオンが通過する穴を形成した引出電極において、前記漏斗状をなす電極先部の外側面には絶縁層が形成され、この絶縁層の先端は前記漏斗状をなす電極先部よりも突出していることを特徴とする引出電極。
【請求項２】
請求項１に記載の引出電極において、前記絶縁層の突出量（Ｈ）は前記引出電極の穴の径（Ｒ）の１０％以上２００％以下であることを特徴とする引出電極。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の引出電極において、前記絶縁層は誘電率が１０以下の材料から構成されることを特徴とする引出電極。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載の引出電極において、前記絶縁層はエアロゾルディポジション法、ＣＶＤ法またはスパッタリング法にて形成されたことを特徴とする引出電極。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載の引出電極において、この引出電極は電極コア部材の少なくとも先部外側面が高仕事関数の導電性材料でコーティングされていることを特徴とする引出電極。
【請求項６】
請求項５に記載の引出電極において、前記高仕事関数の導電性材料は電極コア部材の先端内側まで廻り込んでコーティングされていることを特徴とする引出電極。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の引出電極において、前記高仕事関数の導電性材料はＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）または酸化チタンであることを特徴とする引出電極。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れに記載の引出電極の絶縁層先端を試料表面に押し当て、試料表面と引出電極との間に一定の隙間を形成するとともに前記絶縁層によって試料表面を測定領域と非測定領域に分離し、この状態で引出電極と試料間に電圧を印加して両者間に強電界を生じさせ、試料の突起部の原子をイオン化せしめて引出電極に形成した穴から引き出すことを特徴とする分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型アトムプローブ（ＳＡＰ）、電界イオン型顕微鏡などの試料をイオン源若しくは電子源として観察・計測する装置内に組み込まれる引出電極とこの引出電極を用いた分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の三次元原子構造や組成分布などを分析する装置として走査型アトムプローブ（ＳＡＰ）が知られている。この装置の概要は、図６に示すように試料（金属）の表面に漏斗状をなす引出電極を近づけ、これら試料と引出電極との間に高電圧を印加する。すると、試料と引出電極との間に局所的な強電界が発生して試料表面に存在する微細な突起の先端の原子は蒸発しイオン化して引き出される。そして引き出されたイオンは引出電極に形成した穴を介して検出器にて検出し、飛行時間を計測することでイオンを同定するようにしている。このイオンの検出は１個づつ行うことができるので、試料の原子の三次元構造や組成分布を知ることができる。
【０００３】
上記走査型アトムプローブ（ＳＡＰ）において、安定した測定を行うには、試料表面と引出電極との距離が大き過ぎると局所的な強電界を発生させることができず、あまり近づき過ぎると放電が生じ蒸発が起きないので、適切な値（１μｍ以下）に設定する必要がある。このためには、引出電極の形状、特に先部の形状と寸法精度を高くする必要があり、従来から種々の提案がなされている。
【０００４】
特許文献１には、引出電極を電鋳または塑性加工で作製し、この引出電極を３方向（Ｘ−Ｙ−Ｚ軸方向）に可動な機構に支持することが提案されている。
【０００５】
特許文献２には、ポンチとダイスで金属箔に絞り加工を施して突起を有する中間品を作製し、この中間品の突起の頂部に貫通穴を形成して漏斗状の引出電極とする提案がなされている。
【０００６】
特許文献３には、シリコン基板に円錐状の穴（裏面まで貫通）を形成し、この円錐状の穴を含むシリコン基板の表面に酸化膜を形成し、裏面側に突出した酸化膜の突部をエッチバックにて除去して貫通穴を復活させ、この貫通穴の周縁部に金属をコーティングして引出電極とする提案がなされている。
【０００７】
特許文献４には、白金薄膜（２５ｍ厚）に絞り加工を施して円錐ドーム形状とし、この円錐ドーム形状の白金電極の先端部に集束イオンビームを用いたＣＶＤ加工にて炭素製（導電性）の小さな円錐ドームを形成し、この小さな円錐ドーム先端をスパッタエッチングによってカットして穴を形成する引出電極の作製方法が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−４３３７３号公報
【特許文献２】特開２００１−３４７４２６号公報
【特許文献３】特開２００２−１４０２７号公報
【特許文献４】特開２００３−４２９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、走査型アトムプローブ（ＳＡＰ）などにあって、安定性、再現性に優れ且つ高精度の観測・計測を行うには、試料表面と引出電極先端との距離を一定にする必
要がある。一般的には特許文献１でも開示されるように、３軸方向に可動なロボットに引出電極を支持せしめているが、高精度にコントロールすることはできない。
【００１０】
また、圧電アクチュエータなどを用いて引出電極の位置制御を行うことも考えられるが、電極先端の材料の厚さは２〜３μｍ、下地厚さも０．１ｍｍ以下と薄いため、印加する電圧による静電引力の影響などによって引出電極の先端位置が動いてしまい電界強度が不安定になってしまう。
【００１１】
また、特許文献４に提案されるように、引出電極を走査型トンネル顕微鏡の走査探針を兼ねるようにすることで、分析する試料表面の凹凸を分析に先立って知ることができるが、このようにしても試料表面と引出電極先端との距離を正確に出せるわけではない。
【００１２】
更に、従来の引出電極を用いた分析では、試料の表面を測定対象領域と非対象領域に分けていないため、非対象領域からのイオンが検出されることを完全に防止することができず、観測結果の信頼性が低下する原因となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため本発明は、先部が漏斗状をなすとともに試料から蒸発したイオンが通過する穴を形成した引出電極において、前記漏斗状をなす電極先部の外側面には絶縁層が形成され、この絶縁層の先端は前記漏斗状をなす電極先部よりも突出している構成とした。
上記構成とすることで、引出電極の先端部と試料表面との間に最低限の間隔を確実に確保することができる。
【００１４】
前記絶縁層の突出量（Ｈ）は引出電極の穴の径（Ｒ）の１０％以上２００％以下とすることが好ましい。１０％未満では放電が発生しやすくなり、また２００％を超えると局所的に電界を集中しにくくなり原子の蒸発が起こりにくくなる。
【００１５】
また、引出電極先端部と試料表面との間には高い電圧を印加するため、絶縁層は十分な絶縁抵抗を有する材料を用いることが好ましく、具体的には誘電率が１０以下の材料が好ましい。
【００１６】
また、前記絶縁層の形成方法としてはエアロゾルディポジション法、ＣＶＤ法またはスパッタリング法が挙げられる。このうち、膜厚の制御、使用可能な材料の範囲、操作性などを考慮するとエアロゾルディポジション法が最も好ましい。
【００１７】
ここで、エアロゾルディポジション法とは、金属やセラミックスの超微粒子をガス攪拌にてエアロゾル化し、微少なノズルを通して加速せしめ、基材表面に超微粒子の圧粉体層を形成させ、これを加熱して焼成させるガスディポジション法から発展した方法であり、加熱工程を含まない点に特徴がある。
【００１８】
具体的には、セラミックスなどの脆性材料微粒子を含むエアロゾルを基板に衝突させて脆性材料微粒子に機械的衝撃力を付加すると、結晶子同士の界面などの劈開面に沿って結晶格子のずれを生じたり、あるいは破砕される。そして、これらの現象が起こると、ずれ面や破面には、もともと内部に存在し別の原子として結合していた原子が剥き出しの状態となった新生面が形成される。この新生面の原子一層の部分は、もともと安定した原子結合状態から外力により強制的に不安定な表面状態に晒され、表面エネルギーが高い状態となる。この活性面が隣接した脆性材料表面や同じく隣接した脆性材料の新生面或いは基板表面と接合して安定状態に移行する。外部からの連続した機械的衝撃力の付加は、この現象を継続的に発生させ、粒子の変形、破砕などの繰り返しにより接合の進展、緻密化が行
われ、脆性材料構造物（厚膜）が形成されるのがエアロゾルディポジション法である。
【００１９】
また引出電極としては、電極コア部材の少なくとも先部外側面が高仕事関数の導電性材料でコーティングされたものとすることで、引出電極の寿命を延ばすことが可能になる。特に、電極コア部材の先端内側まで廻り込んで高仕事関数の導電性材料でコーティングすることが好ましい。高仕事関数の導電性材料としては、ＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）または酸化チタンが挙げられる。
【００２０】
また、上記の引出電極を用いた分析方法は、引出電極の絶縁層先端を試料表面に押し当て、試料表面と引出電極との間に一定の隙間を形成するとともに前記絶縁層によって試料表面を測定領域と非測定領域に分離し、この状態で引出電極と試料間に電圧を印加して両者間に強電界を生じさせ、試料の突起部の原子をイオン化せしめて引出電極に形成した穴から引き出して検出する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る引出電極によれば、引出電極の先端部と試料表面とが接触しないための必要最小限の間隔を確保することができる。したがって、観察・計測の安定性と精度が向上する。
【００２２】
また、本発明に係る分析方法によれば、非測定領域からの外乱がなく、分析結果の信頼性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る引出電極の斜視図、図２は同引出電極の断面図である。
【００２４】
引出電極１は電極部２と絶縁層３からなり、全体として漏斗状をなすとともに先端に試料から蒸発したイオンが通過する穴４が形成されている。電極部２は白金、タングステン等を材料とし、絶縁層３はアルミナなどの誘電率の低い（１０以下、例えば誘電率＝９、絶縁抵抗１０１５Ω・ｃｍ）材料を用いてエアロゾルディポジション法にて１０μｍ以上の厚さに形成している。エアロゾルディポジション法を適用する場合には電極部２の表面にエアロゾルを吹き付ける。また、別途作製した環状の絶縁層３を電極部２の外側面に貼り付けてもよい。
【００２５】
絶縁層３の断面形状は図示のような長方形に限らず、図３に示すような矩形状等形状など任意であるが、電極部２の先端からの突出量（Ｈ）は電極部２の先端の穴の直径（Ｒ）に対し、１０％以上２００％以下の寸法とする。
【００２６】
また電極部２の構造としては、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、電極コア部材２１とコーティング部２２から構成され、電極コア部材２１としては前記と同様に白金、タングステンを用い、コーティング部２２には仕事関数の大きな導電性材料、例えばＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）または酸化チタン等を用いる。このコーティング部２２としては前記絶縁層３と同様にエアロゾルディポジション法、ＣＶＤ法またはスパッタリング法が挙げられる。
【００２７】
ところで、図４（ａ）に開示された構造と（ｂ）に開示された構造との差は、コア部の先端内側までコーティング部２２が回り込んでいるか否かであるが、回り込んだ構造のほうが、電極コア部材２１が消耗しにくく、寿命が延びる。尚、仕事関数の小さな材料は成形性はよいが、電子・イオンを放出しやすいので測定誤差が生じる原因となり、逆に仕事関数の大きな材料は成形性はよくないが、電子・イオンを放出しにくいので電極の先端部
に用いると有効である。
【００２８】
図５は本発明に係る引出電極を適用した走査型アトムプローブの概略図であり、この装置は筐体３０内を隔壁３１にて観察・計測空間Ｓ１と非観察・計測空間Ｓ２に分け、観察・計測空間Ｓ１にはイオン検出器３２などの観察・計測機器類を配置し、非観察・計測空間Ｓ２には試料ホルダー３３を配置している。
【００２９】
前記観察・計測空間Ｓ１の非観察・計測空間Ｓ２に臨む箇所に、スプリングなどの弾発部材３４を介して引出電極１が取り付けられている。また前記試料ホルダー３３には試料Ｗを引出電極１に押し付けるスプリングなどの弾発部材３５が取り付けられている。
【００３０】
以上において、試料Ｗを試料ホルダー３３にセットし、引出電極１の先端部を弾発部材３４の付勢力によって試料Ｗに押し付ける。この状態で、引出電極１の絶縁層３の先端部が試料Ｗの表面に当接し、絶縁層３によって囲まれる試料Ｗの表面が測定領域（観察領域）として高真空に減圧された前記観察・計測空間Ｓ１
に臨む。また絶縁層３によって分離された外側の非測定領域（非観察領域）はそれほど高真空にひかれていない非測定領域Ｓ２に臨む。
【００３１】
そして、引出電極１と試料Ｗとの間に電圧を印加し、１００ＭＶ／ｃｍ程度の高電界を形成する。すると、試料Ｗの測定領域内の表面突起の先端部から金属が電界蒸発してイオンとなり、このイオンが引出電極１の穴を透過して、イオン検出器３２に到達する。
【００３２】
本発明では、絶縁層３によって囲まれる試料Ｗの表面からのイオンのみを観察でき、その他の表面から発生するガスや汚れの影響を受けないため、微量元素の測定感度の向上が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る引出電極は物質表面の、原子の配列状態・組成などの分析を行う
走査型アトムプローブに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る引出電極の斜視図
【図２】同引出電極の断面図
【図３】引出電極の別実施例を示す断面図
【図４】（ａ）及び（ｂ）は引出電極の別実施例の断面図
【図５】同引出電極を適用した走査型アトムプローブの概略図
【図６】走査型アトムプローブを用いた分析法を説明した図
【符号の説明】
【００３５】
１…引出電極
２…電極部
３…絶縁層
４…穴
２１…電極コア部材
２２…コーティング部
３０…筐体
３１…隔壁
３２…イオン検出器
３３…試料ホルダー
３４，３５…弾発部材
Ｈ…絶縁層の突出量
Ｒ…引出電極の穴の径
Ｗ…試料
Ｓ１…観察・計測空間
Ｓ２…非観察・計測空間
【図１】
2005353344.tif 000003
【図２】
2005353344.tif 000004
【図３】
2005353344.tif 000005
【図４】
2005353344.tif 000006
【図５】
2005353344.tif 000007
【図６】
2005353344.tif 000008